太陽能
台灣是一個位於亞熱帶地區的中型島嶼,地理位置介於東經120°-121°和北緯22°-25°之間,由於長時間日照和小陽光偏斜角度,非常有利於太陽能的發展。太陽能不僅可以提高能源供應安全,而且可以立即緩解電力峰值負荷。台灣在夏季,氣候炎熱,空調消耗大量電力,這時太陽光電系統可派上用場,因為其發電量剛好與日照強度成正比。
我們先估計台灣的平均日照量,根據內政部登記的各縣市土地面積和中央氣象局量測的區域年均日照量,加總出每年投射在台灣水平表面上的日照量,然後再除以總土地面積,結果得到台灣每年每單位面積的平均日照量為1,130kWh/m2(平方公尺)-y=129W/m2(平方公尺),遠遠優於其他國家,例如英國的100W/m2(平方公尺)。
雖然日照條件好,但在台灣安裝太陽能設備的土地面積非常不足。根據內政部的統計數據,台灣人口總數約2,300萬,土地面積36,000平方公里,人均土地面積1,565平方米/人,人口密度僅次於孟加拉國,高居世界第二。更糟的是,島嶼2/3是山區,適合居住的土地僅有1/3,且大部分集中在西南部沿海,台灣在安裝太陽能發電設施的土地面積上有很大限制。
如果在台灣建立大型太陽能光電系統,不僅其設備成本仍然遠高於化石能源設備,主要障礙還是在於安裝所需大面積土地高成本。因此,為了獲得經營利潤和價值,太陽能發電廠的發展必須在沒有土地成本的前提下進行。
經過各類型數據整合分析,台灣屋頂型太陽能設備的總安裝潛力為76.48GW,包括太陽熱能2.28GW和太陽光電能74.2GW,因此我們仍可以說台灣太陽能蘊藏量相當豐富。
風力發電
根據NASA調查,台灣沿海地區風力平均密度超過750W/m2(平方公尺),風力發電條件相當好。雖然風力發電具有穩定性差的缺點,但隨著儲能技術的進步,相關問題有望逐一解決。
隨著越來越少的可安裝土地面積,海上風電場的發展是不可避免的。在海上建立風電場可免除噪音或視覺衝擊,避免高土地成本。同時,由於障礙物較少,海面風速高於內陸地區,氣流穩定性也較佳,海上風電場總體可用性高於陸上風電場。但是,由於涉及海洋工程,前者的安裝成本高於後者。
建構海上風力機成本與海洋深度成正比。在深度小於30公尺的水域中,樁式或重力式基座可作為風力渦輪機平台以降低成本。在30-60公尺深的水域中,三足桁架通常用作風力渦輪機的樁或基座;而在60公尺及以上的水深中,應該使用浮動式平台作為風力渦輪機基座。雖然美國已經開發用於海上風力發電機的深海浮動式平台技術,使得風力渦輪機能夠安裝在深度超過200公尺的水域中,但在目前開放文獻中仍看不到實際測量數據。
台灣海上及陸域風電裝機潛力分別為73.5GW和4GW,預估年發電量2,510.1億度,與2015年全國總發電量2,580.2億度相去不遠。儘管目前風電技術仍然不能提供穩定電力,但隨著奈米材料技術的進步,以小體積和高能量密度開發儲能裝置,未來風電穩定性仍可顯著提升。
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